Как работает сканер штрих-кодов — подробное описание

Сканер штрих-кодов — это электронное устройство, которое позволяет считывать и распознавать штриховые коды с товаров. Благодаря своей высокой скорости и точности работы, сканеры штрих-кодов получили широкое распространение в торговле, на складах, в логистике и других сферах бизнеса, где требуется оперативный учет движения товаров и материальных ценностей.

Принцип работы сканера штрих-кодов

В основе работы любого сканера штрих-кодов лежит процесс оптического считывания штрихового кода с помощью источника света и светочувствительного элемента — фотодиода или специальной матрицы.

Типичный одномерный (линейный) штрих-код представляет собой чередование темных и светлых полос разной ширины. Ширина и комбинация этих полос кодирует буквенно-цифровую информацию о товаре в соответствии со специальными правилами — символикой штрихкода.

При сканировании штрих-кода происходит следующее:

• Источник света в сканере (светодиод или лазер) освещает штрихкод.
• Темные полосы штрихкода поглощают большую часть света, а светлые полосы — отражают свет обратно в сканер.
• Отраженный свет улавливается светочувствительным элементом сканера.
• Электронная схема сканера фиксирует чередование темных и светлых полос и измеряет их ширину. На основе этого она восстанавливает закодированную в штрихкоде информацию.
• Распознанная информация передается в компьютер или кассу, к которым подключен сканер.

Сканеры также часто оснащаются системой подтверждения успешного сканирования — звуковым сигналом или световым индикатором. Это позволяет оператору убедиться, что штрихкод считался корректно.

Основные типы сканеров штрих-кодов

По типу сканирующего элемента сканеры делятся на три основных вида:

Светодиодные сканеры

Это наиболее простой и недорогой тип сканеров. В качестве источника света используется светодиод видимого (обычно красного) спектра. Отраженный свет улавливается простым фотодиодом.

Светодиодные сканеры компактны, надежны и не содержат движущихся частей. Однако они имеют небольшую дальность считывания (до 30 см), чувствительны к внешней освещенности и ориентации штрихкода. Из-за простоты конструкции могут decoded плохо считывать поврежденные, затертые и низкоконтрастные штрихкоды.

Лазерные сканеры

В них для освещения штрихкода используется лазерный луч, который быстро отклоняется вращающимся зеркалом или призмой, совершая десятки сканирований штрихкода в секунду с разных ракурсов. Этот процесс называется растровым сканированием.

За счет высокой интенсивности и направленности лазерного луча эти сканеры обеспечивают большую дальность считывания (до 50 см и более) и хорошо работают в условиях слабой освещенности. Растровое сканирование позволяет им уверенно считывать штрихкоды практически под любым углом.

Недостатки лазерных сканеров — более высокая стоимость и наличие подвижных механических частей (привод зеркала/призмы), что снижает надежность. Также большинство из них не способно считывать двумерные штрихкоды.

Имидж-сканеры (фотосканеры)

Устроены подобно цифровым фотокамерам. Штрихкод освещается светодиодной вспышкой и фотографируется миниатюрной матрицей, после чего распознается с помощью технологий компьютерного зрения.

Имидж-сканеры совмещают преимущества светодиодных (простота, надежность) и лазерных (высокая производительность, всенаправленное считывание) сканеров. При этом способны считывать не только линейные, но и двумерные штрихкоды — QR, PDF417, Data Matrix и другие.

Многие имидж-сканеры также умеют распознавать напечатанные и рукописные тексты, фотографии документов и даже улавливать движение. Благодаря этой многофункциональности они начинают вытеснять лазерные сканеры во многих областях применения.

Минусы имидж-сканеров — относительно высокая цена и потребление энергии, а также задержка при считывании из-за времени, необходимого на захват изображения и его обработку.

Независимо от типа сканирующего элемента, сканеры штрих-кода бывают:

• Ручные (пистолетного типа) — оператор подносит сканер к штрихкоду товара
• Настольные (презентационные) — товар подносится к сканеру
• Встраиваемые — интегрируются в pos-терминалы, вендинговые автоматы и прочее оборудование
• Карманные (для мобильных сотрудников)

Проводные сканеры подключаются напрямую к кассе, компьютеру или pos-терминалу. Беспроводные используют для связи Bluetooth или WiFi и часто комплектуются базовой станцией — для подзарядки и проводной коммуникации с хост-устройством.

Области применения сканеров штрих-кода

Первоначально сканеры штрих-кодов внедрялись в основном в розничной торговле — для автоматизации продаж на кассе и учета товаров. Сегодня они применяются гораздо шире:

• Логистика и складской учет. Сканеры используются для приемки товаров, инвентаризации, комплектации и отгрузки заказов. Повышают скорость и точность складских операций.
• Инвентаризация имущества. С помощью сканеров ведется учет оборудования, документов и других активов на предприятиях и в организациях.
• Контроль доступа и учет рабочего времени. Сканеры считывают штрихкоды с пропусков сотрудников.
• Билетные системы. Сканеры проверяют билеты со штрихкодами в транспорте, музеях, на мероприятиях.
• Документооборот. Сканирование штрихкодов помогает отслеживать движение документов и дел.
• Производство. Сканеры используются для учета сырья и готовой продукции, контроля качества и управления производственными линиями.
• Медицина. С помощью сканеров ведется учет лекарств, расходных материалов и медицинских карт пациентов.
• Госуслуги. Сканеры применяются для идентификации граждан по паспортам и другим документам со штрихкодами.
• Почта и курьерские службы. Сканирование штрихкодов на отправлениях позволяет отслеживать их прохождение и вручение.

Развитие технологии штрихкодирования открывает для сканеров все новые сферы применения. Например, появление стандарта GS1 DataBar позволило наносить штрихкоды непосредственно на небольшие товары — фрукты, косметику, лекарства. А такие 2D коды как PDF417 и Aztec Code используются даже в водительских правах и электронных посадочных талонах.

Штрих-коды в маркировке товаров

В последние годы в России активно внедряются системы обязательной маркировки отдельных категорий товаров средствами идентификации. Это делается для борьбы с контрафактом, контроля уплаты налогов и защиты потребителей.

В качестве средства идентификации в системе маркировки используется код DataMatrix — двумерный матричный штрихкод, который наносится непосредственно на упаковку товара или этикетку.

В нем зашифрован уникальный код товара, по которому можно проследить всю его историю — от производства или импорта до продажи конечному покупателю. Информация о движении маркированного товара передается в государственную информационную систему мониторинга (ГИС МТ) «Честный ЗНАК».

Особенности сканеров для маркировки

Внедрение маркировки потребовало массового оснащения розничных магазинов и складов 2D сканерами, способными считывать коды DataMatrix. Это ускорило переход от традиционных лазерных сканеров к имидж-сканерам на основе фотоматриц.

Появился даже отдельный класс 2D сканеров для маркировки со следующими особенностями:

• Повышенная дальность считывания (30-50 см). Это нужно, чтобы сканировать коды DataMatrix на крупногабаритных товарах не вынимая их из коробов и не перемещая на кассу.
• Агрессивный алгоритм сканирования. Он позволяет быстро и надежно считывать даже поврежденные, затертые и низкоконтрастные коды DataMatrix на блестящих и изогнутых поверхностях.
• Поддержка специфичных для маркировки интерфейсов — USB-COM (эмуляция RS-232 через USB), ручной ввод кода DataMatrix с клавиатуры (при невозможности его сканирования).

Такие сканеры выпускают Datalogic (серия Gryphon 4500), Honeywell (серии Xenon и Granit), Zebra (серии DS2200 и DS8100) и другие ведущие производители. Также на рынке доступны более бюджетные решения от Mertech, Vioteh, Netum и др.

При продаже маркированных товаров онлайн-кассы передают информацию о считанных кодах маркировки в «Честный ЗНАК» и только после получения подтверждения закрывают чек. Для ускорения продаж сканеры должны уметь быстро считывать «пачки» кодов и передавать их на кассу одним пакетом.

Перспективы технологии

Сканеры штрих-кодов продолжают активно развиваться, адаптируясь к новым потребностям бизнеса и государства.

Основные тренды:

Миниатюризация и мобильность

Появляются все более компактные и легкие беспроводные сканеры, которые могут постоянно носить с собой мобильные сотрудники — курьеры, складские работники, официанты, контролеры и др.

Уже существуют сканеры в форм-факторах кольца на палец и браслета. В перспективе сканеры могут быть встроены в «умные очки» дополненной реальности для работы по технологии «pick-by-vision».

Интеллектуальное сканирование

Новейшие имидж-сканеры все больше полагаются на системы искусственного интеллекта, расширяя свои способности. Они могут самостоятельно выбирать нужный штрихкод из нескольких, распознавать тексты и автоматически заполнять формы, классифицировать отсканированные документы и товары.

Также «умные» сканеры могут подсказывать пользователю, как лучше расположить код для сканирования, а в случае проблем — пытаться исправить дефекты изображения программно.

Совмещение с другими технологиями

Перспективное направление — интеграция сканеров с другими видами автоидентификации объектов: радиометками RFID, NFC, акустомагнитными датчиками и пр.

Уже выпускаются универсальные ручные терминалы сбора данных, способные считывать как штрихкоды, так и метки RFID на расстоянии. Это позволяет использовать разные технологии маркировки товаров без смены оборудования.

В будущем технология штрихкодов будет активно дополняться RFID для отслеживания товаров в реальном времени и на больших расстояниях. Также для прослеживаемости по всей цепочке поставок штрихкоды будут интегрироваться с технологиями Интернета вещей, блокчейна, «цифровых двойников» товаров.

Итак, сканер штрих-кодов — это высокотехнологичное устройство, обеспечивающее быстрое и точное считывание информации, закодированной в виде штрихового кода. Принцип работы сканера заключается в освещении штрихкода источником света (светодиодом или лазером) и улавливании отраженного света фотоприемником с последующим декодированием полученного сигнала.

Существует несколько основных типов сканеров штрих-кода:

1. Светодиодные (LED) — самые простые и недорогие, но имеющие ограничения по дальности и скорости считывания.
   
2. Лазерные — обеспечивают высокую производительность сканирования, но содержат подвижные части и, как правило, не поддерживают 2D коды.
   
3. Имидж-сканеры (фотосканеры) — наиболее современный и перспективный тип, использующий технологию цифровой фотосъемки и распознавания образов.
   

По исполнению сканеры могут быть ручными, настольными, встраиваемыми, мобильными. Связь с управляющим устройством (компьютером, кассой) осуществляется по проводному или беспроводному интерфейсу.

В России дополнительный импульс к развитию технологии штрихкодирования дало внедрение обязательной маркировки отдельных групп товаров с помощью двумерного кода DataMatrix. Это привело к массовому переходу на 2D фото-сканеры, оптимизированные для работы с системой цифровой маркировки и прослеживаемости «Честный ЗНАК».

Можно ожидать, что в ближайшие годы сканеры штрих-кода будут становиться все более компактными, мобильными и интеллектуальными. Они будут активно использовать элементы искусственного интеллекта и компьютерного зрения для расширения своих возможностей по распознаванию образов и автоматизации ввода данных.

Также будет усиливаться интеграция штрихового кодирования с другими технологиями автоматической идентификации — в первую очередь, радиочастотными метками. Это позволит создавать комбинированные решения для сквозной прослеживаемости товаров и грузов на всех этапах цепочки поставок.

В более отдаленной перспективе развитие таких технологий, как компьютерное зрение, дополненная реальность и Интернет вещей может привести к уходу от необходимости физического нанесения штрихкодов на объекты. Их функцию возьмет на себя прямая идентификация товаров по их виду и характерным признакам с помощью камер и алгоритмов распознавания образов.